(57)【要約】【課題】切削加工、研削加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等の金属加工に広く適用できる金属加工用油剤であって、切削性、消泡性能に優れた水溶性金属加工用油剤及びこれを用いた金属加工方法を提供すること。【解決手段】基油及び界面活性剤を含み、基油がパームオレイン油を含有する金属加工用油剤において、パームオレイン油の沃素価が５６〜７２及び上昇融点が２４℃以下であること、界面活性剤が、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤及びノニオン界面活性剤からなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする金属加工用油剤及びこれを用いた金属加工方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基油、及び界面活性剤を含み、基油がパームオレイン油を含有する金属加工用油剤において、
パームオレイン油の沃素価が５６〜７２及び上昇融点が２４℃以下であること、
界面活性剤が、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤及びノニオン界面活性剤からなる群から選ばれる少なくとも１種であること、
アニオン界面活性剤が、脂肪族カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、及び燐酸エステル塩からなる群から選ばれる少なくとも１種であること、
両性界面活性剤が、アルキルベタイン、アルキルアミドベタイン、及びスルホベタインからなる群から選ばれる少なくとも１種であること、
ノニオン界面活性剤が、ＨＬＢ値６〜１８のポリオキシエチレンアルキルエーテル、及び炭素数６〜２４の脂肪酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種であること、を特徴とする金属加工用油剤。
【請求項２】
界面活性剤が脂肪族カルボン酸アミン塩である請求項１記載の金属加工用油剤。
【請求項３】
脂肪族カルボン酸アミン塩の脂肪族カルボン酸が炭素数８〜１８の分岐脂肪酸から選ばれる少なくとも１種である請求項２記載の金属加工用油剤。
【請求項４】
脂肪族カルボン酸アミン塩のアミンが炭素数３〜１２の分岐アルカノールアミンから選ばれる少なくとも１種である請求項２又は３記載の金属加工用油剤。
【請求項５】
油剤中、パームオレイン油を１〜９５質量％含有する請求項１〜４のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
【請求項６】
油剤中、界面活性剤を０．０５〜８０質量％含有する請求項１〜５のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
【請求項７】
切削又は研削油剤である請求項１〜６のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の金属加工用油剤を用いて金属加工を行う金属加工方法。
【請求項９】
切削又は研削加工である請求項８記載の金属加工方法。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の金属加工方法により製造される金属加工品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工、研削加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等の金属加工に広く適用できる金属加工用油剤に関する。さらに詳細には、水で希釈して使用する水溶性金属加工用油剤に関し、特に切削性に優れた水溶性金属加工用油剤、その金属加工用油剤を用いた金属加工方法及びその金属加工方法により製造される金属加工品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に切削・研削加工においては切削・研削油剤が使用されている。切削・研削油剤の最も重要な機能としては潤滑作用が挙げられ、この作用により加工に用いられる工具の寿命延長、被加工物の仕上げ面精度の向上、生産能率の向上等、生産性を向上する事ができる。また、それらの要求性能に関し加工方法からのアプローチもなされ、クーラントの給油方式として内部給油で行われるケースも目立ってきた。内部給油方式では必然的にクーラントを高圧条件下で使用することとなり、それに伴い泡立ちが問題視され消泡性の優れた油剤も求められている。
【０００３】
潤滑作用及び冷却作用を向上する対策としては、例えば、特定のパームオレイン油を用いた熱間圧延油及び熱間圧延方法（特許文献１）、パーム油及びその改質油脂（パーム分別油）などの動植物油からなる基油と炭化水素系合成油とを必須成分として含有する、圧延加工または切削加工に用いられる加水分解安定性に優れる潤滑油組成物（特許文献２）などが知られている。
しかしながら、これらの水溶性金属加工用油剤では、十分な潤滑作用及び冷却作用が得られていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３２０６４２号
【特許文献２】特開平１０−１７８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、切削加工、研削加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等の金属加工に広く適用できる金属加工用油剤を提供することである。
本発明の他の目的は、切削性に優れた水溶性金属加工用油剤を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、消泡性能に優れた水溶性金属加工用油剤を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、上記金属加工用油剤を用いた金属加工方法及びその金属加工方法により製造される金属加工品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、鋭意検討の結果、特定の油脂及び特定の界面活性剤を使用することにより、従来の金属加工用油剤と比較してはるかに優れた切削性、あるいはさらに優れた消泡性が得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。本発明は以下の水溶性金属加工用油剤、その金属加工用油剤を用いた金属加工方法及びその金属加工方法により製造される金属加工品を提供するものである。
１．基油及び界面活性剤を含み、基油がパームオレイン油を含有する金属加工用油剤において、
パームオレイン油の沃素価が５６〜７２及び上昇融点が２４℃以下であること、
界面活性剤が、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤及びノニオン界面活性剤からなる群から選ばれる少なくとも１種であること、
アニオン界面活性剤が、脂肪族カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、及び燐酸エステル塩からなる群から選ばれる少なくとも１種であること、
両性界面活性剤が、アルキルベタイン、アルキルアミドベタイン、及びスルホベタインからなる群から選ばれる少なくとも１種であること、
ノニオン界面活性剤が、ＨＬＢ値６〜１８のポリオキシエチレンアルキルエーテル、及び炭素数６〜２４の脂肪酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種であること、を特徴とする金属加工用油剤。
２．界面活性剤が脂肪族カルボン酸アミン塩である上記１記載の金属加工用油剤。
３．脂肪族カルボン酸アミン塩の脂肪族カルボン酸が炭素数８〜１８の分岐脂肪酸から選ばれる少なくとも１種である上記２記載の金属加工用油剤。
４．脂肪族カルボン酸アミン塩のアミンが炭素数３〜１２の分岐アルカノールアミンから選ばれる少なくとも１種である上記２又は３記載の金属加工用油剤。
５．油剤中、パームオレイン油を１〜９５質量％含有する上記１〜４のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
６．油剤中、界面活性剤を０．０５〜８０質量％含有する上記１〜５のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
７．切削又は研削油剤である上記１〜６のいずれか１項記載の金属加工用油剤。
８．上記１〜７のいずれか１項記載の金属加工用油剤を用いて金属加工を行う金属加工方法。
９．切削又は研削加工である上記８記載の金属加工方法。
１０．上記８又は９記載の金属加工方法により製造される金属加工品。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の金属加工用油剤は、パームオレイン油及び特定の界面活性剤を併用することにより、従来の金属加工用油剤と比較し、著しく金属加工性、特に切削性を向上させることができる。従って、工具寿命の延長によるコスト低減がはかれる。また、工具交換工程数を低減することができ、生産性を向上させることができる。本発明の金属加工用油剤は、切削性の向上により金属材料の切削加工、研削加工、転造加工、プレス加工、塑性加工等に幅広く使用することができる。
特に、界面活性剤として分岐脂肪酸と分岐アミンからなるアニオン界面活性剤を使用することにより、従来の金属加工用油剤と比較し、切削性のみならず、消泡性も向上させることができ、泡立ちによる油剤の漏えいを防ぐことができる。従って、作業者の安全性も向上し、作業環境の改善もできる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の金属加工用油剤に使用する基油は、パームオレイン油を含有する。パームオレイン油（パームオレインとも呼ぶ、palm olein oil）は、一般的にアブラヤシの果肉（油脂含量１６〜２０％）から圧搾によって得られる油脂を分別し、必要な性状をもつ油脂分に分けたパーム分別油の中の一つであり、潤滑作用に有効である。
パーム分別油には、高融点画分のパームステアリンとパームオレインがあり、パームオレインはさらに中融点画分と曇り点の低い低融点画分に分別することが行われている。パームオレイン油は低融点画分の油であり、ＪＡＳ規格で酸価０．２０以下、水分夾雑物０．１％以下、ヨウ素価５６〜７２、上昇融点２４℃以下等となっている。
本発明の油剤に使用するパームオレイン油は、ヨウ素価が５６〜７２及び上昇融点が２４℃以下のものである。好ましくはヨウ素価が６０〜７２及び上昇融点が２０℃以下、さらに好ましくはヨウ素価が６５〜７０及び上昇融点が１３℃以下のものである。
本発明の油剤に使用する基油は、必要に応じて、他の基油を含有してもよい。このような基油としては、たとえば鉱油、ポリオールエステル、油脂、ポリグリコール、ポリαオレフィン、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、アルキルベンゼン、ポリエーテルなどがあげられる。これらは、単品に限らず、複数種のブレンド油としても良い。好ましくは、鉱油、ポリグリコール、アルキルベンゼンが良い。
基油中のパームオレイン油の比率は少なくとも５質量％、好ましくは少なくとも１０質量％、最も好ましくは１００質量％である。
【０００９】
本発明の金属加工用油剤（水で希釈する前の「原液」、以下特に明記しない限り同様）中のパームオレイン油の比率は油剤全体に対して、好ましくは１〜９５質量％、さらに好ましくは３〜９５質量％、最も好ましくは５〜９５質量％である。１質量％未満では、含有量が少ないため切削性能への効果が弱い。
【００１０】
本発明の金属加工用油剤には、特定の界面活性剤を含有させることが必要である。
すなわち、界面活性剤は、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤及びノニオン界面活性剤からなる群から選ばれる少なくとも１種である。
アニオン界面活性剤は、脂肪族カルボン酸塩（好ましくは炭素数６〜２４の脂肪族カルボン酸塩）、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、及び燐酸エステル塩からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、両性界面活性剤は、アルキルベタイン、アルキルアミドベタイン、及びスルホベタインからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、ノニオン界面活性剤は、ＨＬＢ値６〜１８のポリオキシエチレンアルキルエーテル、及び炭素数６〜２４の脂肪酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種である。
これらは、本発明の金属加工用油剤を水に希釈するための乳化剤として機能する。また、パームオレイン油が水に溶解しにくい為、希釈使用時のパームオレイン油の分散安定性を保持するための分散安定剤として機能する。
【００１１】
アニオン系界面活性剤としては、例えば、脂肪酸誘導体（脂肪酸石けん、ナフテン酸石けん、脂肪酸アミン塩、脂肪酸アミド等）、カルボン酸金属塩、カルボン酸アミン塩、硫酸エステル系化合物（アルコール硫酸エステル塩、オレフィン硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、脂肪酸多価アルコール硫酸エステル塩等）、スルホン酸系化合物（アルカンスルホン酸塩、石油スルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルナフタリンスルホン酸塩、リン酸エステル系化合物（アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテルリン酸エステル塩等）が挙げられる。
特にカルボン酸アミン塩が好ましく、カルボン酸が炭素数６〜２２のモノカルボン酸及びジカルボン酸の群から選ばれる少なくとも１種類と炭素数２〜１２のアルカノールアミン類及び炭素数５〜１８の脂環式アミン類の群から選ばれる少なくとも１種類からなるカルボン酸アミン塩が好ましい。
脂肪族カルボン酸塩の脂肪族カルボン酸としては、ラウリン酸、オレイン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、ネオデカン酸、ヒマシ油脂肪酸、ドデカン二酸などのモノ・ジカルボン酸、ヤシ油脂肪酸などの炭素数６〜２４の脂肪族カルボン酸が挙げられる。また、脂肪族カルボン酸重縮合物としては酸価３０〜１００のリシノレイン酸重縮合物が好ましい。脂肪族カルボン酸塩としては、ナトリウム、カリウム、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、アンモニアとの塩などが挙げられる。
【００１２】
スルホン酸塩としては、アルカンスルホン酸、石油スルホン酸、α−オレフィンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルナフタリンスルホン酸などの塩が挙げられる。具体的にはドデシルベンゼンスルホン酸、スルホコハク酸ラウリル、ポリオキシエチレンアルキルスルホコハク酸（アルキルの炭素数は１２〜１４）、スルホコハク酸ジオクチルなどのスルホン酸とナトリウム、カリウム、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、アンモニアとの塩などが挙げられる。
【００１３】
硫酸エステル塩としては、アルコ−ル硫酸エステル、オレフィン硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル、脂肪酸多価アルコ−ル硫酸エステルなどの塩が挙げられる。具体的にはラウリル硫酸、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸（アルキルの炭素数１２又は１３、３モルＥＯ付加物）などの硫酸エステルと、ナトリウム、カリウム、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、アンモニアとの塩などが挙げられる。
【００１４】
燐酸エステル塩としては、アルキル燐酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル燐酸エステルなどの塩が挙げられる。具体的にはラウリル燐酸、ポリオキシエチレンラウリルエーテル燐酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸（アルキルの炭素数１２〜１５）と、ナトリウム、カリウム、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、アンモニアとの塩などが挙げられる。
【００１５】
ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル型、ポリオキシエチレンアルキルアミンエーテル型、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル型、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル型、ポリオキシエチレンヒマシ油型、ポリオキシエチレン脂肪酸ジエステル型、ポリオキシエチレンロジンエステル型、ポリオキシエチレンラノリンエーテル型、ポリオキシエチレン多価アルコールエーテル型、ポリオキシエチレン多価アルコール脂肪酸エステル型、多価アルコール脂肪酸エステル型、酸化エチレン酸化プロピレンブロック重合型、酸化エチレン酸化プロピレンランダム重合型、酸化プロピレン重合型、多価アルコールアルキレンオキサイド重合型などが挙げられる。
さらに具体的には、ＨＬＢ値６〜１８のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステルが挙げられる。ポリオキシエチレンアルキルエーテル及びポリオキシエチレンアルキルエステルのアルキルの炭素数は好ましくは６〜２４である。具体例としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレントリデシルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル（炭素数１２〜１４、７モルＥＯ付加、ＨＬＢ１２．８）、ポリオキシエチレンアルキルエーテル（炭素数Ｃ１２〜１４、１２モルＥＯ付加、ＨＬＢ１３．２）が挙げられる。さらに、ポリオキシエチレンオレイルエーテル及びソルビタン脂肪酸エステルとして、モノラウリン酸ソルビタン（ＨＬＢ８．６）、モノパルミチン酸ソルビタン（ＨＬＢ６．７）、モノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタン（２０モルＥＯ付加、ＨＬＢ１４．９）、モノオレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン（２０モルＥＯ付加、ＨＬＢ１５．０）などが挙げられる。
【００１６】
両性界面活性剤としては、アルキルベタイン型、アルキルアミドベタイン型、アミノ酸系両性界面活性剤型、スルホベタイン型、アミンオキサイド型などが挙げられる。具体的には、ヤシ油アルキルベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン、ラウリルヒドロキシスルホベタイン、ラウリルジメチルアミンオキシドなどが挙げられる。
【００１７】
これらの界面活性剤の中でもオレイン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、ネオデカン酸、ヒマシ油脂肪酸、ドデカン二酸、リシノレイン酸重縮合物、ラウリル燐酸、ポリオキシエチレンラウリルエーテル燐酸（３モルＥＯ付加）と、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミンとのモノカルボン酸アミン塩及び／又はジカルボン酸アミン塩、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルアミンエーテル、ラウリルベタイン、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインが好適である。さらに好ましくは、オレイン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、ネオデカン酸、ヒマシ油脂肪酸、ドデカン二酸などのモノ・ジカルボン酸とモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミンなどのアミンとのモノカルボン酸アミン塩及び／又はジカルボン酸アミン塩であり、オレイン酸、イソステアリン酸、リシノレイン酸重縮合物、ラウリル燐酸と、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジシクロヘキシルアミンとの塩が特に好適である。
【００１８】
本発明の金属加工用油剤中の界面活性剤の比率は、油剤全体に対して、好ましくは０．０５〜８０質量％、さらに好ましくは０．１〜６０質量％、最も好ましくは０．２〜５０質量％である。
本発明の金属加工用油剤中の水の比率は、油剤全体に対して、好ましくは０．１〜５０質量％、さらに好ましくは１.０〜３０質量％である。
原液のｐＨは好ましくはｐＨ７．０〜１１、さらに好ましくはｐＨ８．０〜１１である。
本発明の金属加工用油剤には、消泡剤、及びその他の添加剤（例えば、極圧添加剤、防食剤、粘度指数向上剤、酸化防止剤、清浄分散剤、着色剤、香料等）を適宜配合することができる。
【００１９】
本発明の金属加工用油剤は、エマルションタイプ、ソリュブルタイプ、ソリューションタイプいずれのタイプのものであってよい。
本発明の金属加工用油剤、例えば、切削・研削油剤を用いて、実際に金属を加工する際の使用方法は、原液のままで使用しても良いし、原液を水で好ましくは０．１〜６０質量％、さらに好ましくは０．１〜３０質量％、最も好ましくは１．０〜２０質量％に希釈して使用しても良い。
希釈液は、定法により、工具及び／又は被加工材表面に適量を連続的又は不連続的に適用すればよい。
【実施例】
【００２０】
実施例Ａ
表１〜５に示す各金属加工用油剤について切削性を以下の試験方法により評価した。表中の成分欄の数値は原液中の各成分の質量％を示す。
使用したパームオレイン油はパームオレイン１００％、沃素価６６．０〜７０．０、上昇融点１３．０℃以下のものである。
【００２１】
切削性試験
下記被削材・条件にてφ６のタップ加工を行い、加工時に受ける切削抵抗を測定する。
工具：    ＯＳＧ製 Ｂ−ＮＲＴ Ｂ ＲＨ７ Ｍ６×１．０
被削材：  ＡＣ８Ｂ−Ｔ６
切削速度：１０ ｍ／ｍｉｎ
送り：    １．０ ｍｍ／ｒｅｖ
下穴：    ５．４８ ｍｍリーマ仕上げ，止まり穴
切削長：  ２０ ｍｍ
加工数：  ５穴
給油方法：下穴に試験油剤を充填
濃度：    原液を水で５質量％に希釈
評価方法：切削抵抗（トルク[Ｎ・ｍ]）を測定
判定基準
切削性試験：  切削トルクが２．３９Ｎ・ｍ以下を合格（○）とする。
【００２２】
【表１】
2010254813.tif 000002
【００２３】
【表２】
2010254813.tif 000003
【００２４】
【表３】
2010254813.tif 000004
【００２５】
【表４】
2010254813.tif 000005
【００２６】
【表５】
2010254813.tif 000006
【００２７】
実施例Ｂ
表６〜８に示す各金属加工用油剤について切削性、消泡性及び安定性を評価した。消泡性及び安定性は以下の試験方法により評価した。
【００２８】
消泡性試験
３Ｌギアポンプ循環式試験方法にて評価。
液量：    ３ Ｌ
流量：    １７．４ Ｌ／ｍｉｎ
吐出圧力：０．６ ｋｇｆ／ｃｍ2
ノズル径：６．５ ｍｍ
希釈水：  Ｃａ５ｐｐｍの調整水
濃度：    原液をＣａ５ｐｐｍの調整水で５質量％に希釈
液温：    ２５℃
消泡剤：  無添加
判定基準：最高泡高さが３００ｍｍ以下を合格（○）とする。
【００２９】
動粘度(ＪＩＳ Ｋ ２２８３)
一定量の油剤が粘度計の毛細管を通過する時間を測定し、流出時間と粘度計定数から算出する。５℃の動粘度で評価。
○：合格    １５００ｍｍ2／ｓ以下
×：不合格  １５００ｍｍ2／ｓ以上
原液安定性試験
金属加工用油剤原液を−５℃，２５℃，５０℃の恒温槽で１週間静置する。
○：合格    均一な状態を維持。
×：不合格  分離層あり。
希釈液安定性試験
調整した硬水（塩化カルシウム２水塩０．０７５７ｇを蒸留水で希釈し１Ｌとした水：ドイツ硬度３°、Ｃａ硬度５４ｐｐｍ、ＪＩＳ Ｋ ２２２１  切削油剤  乳化安定性試験参照）を用い、各金属加工用油剤を水で希釈して５％希釈液を作り、希釈直後及び、２４時間後の状態を目視にて観察する。判定基準は下記の通りである。
○：合格    均一に溶解し、分離、クリーム層なし。
×：不合格  分離、クリーム層あり。
【００３０】
【表６】
2010254813.tif 000007
【００３１】
【表７】
2010254813.tif 000008
【００３２】
【表８】
2010254813.tif 000009